(57)【要約】  【課題】  レーザ光の照射によってシリコン基板に貫通孔を形成する場合に、高効率で小さい穴径を確保するレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  パルス発振するレーザを用いて複数回照射して複数の照射条件にてシリコン基板に穴あけ加工する際に、第一の照射条件におけるレーザ出力よりも第二の照射条件におけるレーザ出力を大きくすることで、効率よくかつ小さい穴径を確保する装置および方法を提供する。【選択図】  図１
2005095959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを出力するレーザ発振器と、前記レーザを被加工物に導く光学手段と、レーザの出力を制御する制御手段を備え、被加工物へ第１のレーザ出力のレーザを照射した後に前記第１のレーザ出力よりも大きなレーザ出力である第２のレーザ出力のレーザを照射するように制御手段で制御するレーザ加工装置。
【請求項２】
第１のレーザ出力のレーザを複数回照射した後で第２のレーザ出力のレーザを照射する請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
第１のレーザ出力のレーザを複数箇所に照射した後、その照射した順に第２のレーザ出力のレーザを照射する請求項１または２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
第１のレーザ出力は、所望の加工径を得るレーザ出力とした請求項１から３の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
第１のレーザ出力は、所望の加工径を得るレーザ出力よりも若干小さいレーザ出力とした請求項１から３の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザとして２２０ｎｍから１２００ｎｍまでの波長の請求項１から５の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
被加工物としてシリコンウエファを用いる請求項１から６の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザを出力するレーザ発振器と、前記レーザを被加工物に導く光学手段と、レーザの出力を制御する制御手段を備えたレーザ加工装置を用い、被加工物へ第１のレーザ出力のレーザを照射した後に前記第１のレーザ出力よりも大きなレーザ出力である第２のレーザ出力のレーザを照射するレーザ加工方法。
【請求項９】
第１のレーザ出力のレーザを複数回照射した後で第２のレーザ出力のレーザを照射する請求項８記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
第１のレーザ出力のレーザを複数箇所に照射した後、その照射した順に第２のレーザ出力のレーザを照射する請求項８または９記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
第１のレーザ出力は、所望の加工径を得るレーザ出力とした請求項８から１０の何れかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
第１のレーザ出力は、所望の加工径を得るレーザ出力よりも若干小さいレーザ出力とした請求項８から１０の何れかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
レーザとして２２０ｎｍから１２００ｎｍまでの波長の請求項８から１２の何れかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
被加工物としてシリコンウエファを用いる請求項８から１３の何れかに記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽量・薄型・高速化・多機能化に伴い、電子デバイスに使用されるプリント基板は積層数を増やしたり、実装される部品点数が増大したりしている。これに伴い、プリント基板を構成するための技術的要求として、コンタクトホールの形成やコンタクトホールの小径化などが出てきている。
【０００３】
また同様に、半導体デバイスを構成するシステムＬＳＩにおいては、小型化のために、３次元実装の技術が必要になっている。これまでは、３次元実装にワイヤーボンディングを行ってきたが、半導体デバイスに要求される機能が高機能化になるに従い、面積的な問題からワイヤーボンディングの代わりにコンタクトホールを形成する方法が必要とされてきている。
【０００４】
一方、被加工物を被接触で高精度かつ高効率に切断・穴あけ加工する加工手段として、レーザ光による加工装置および加工方法が開発・実施されている。
【０００５】
これらレーザ加工装置および加工方法に用いられるレーザ発振器は、光源の波長やパルス幅、さらには、連続波・パルス列発振など様々な種類が存在し、そのレーザ発振器の選択は、被加工物の光学特性や熱特性を考慮して行われている。（例えば特許文献１参照）
ところで、被加工物にレーザを照射し、穴加工を行う場合の加工穴径や加工深さを決定する要因は、光学的要因と熱的要因が存在する。光学的要因とは、被加工物上にレーザを集光する場合の集光状態のことを指し、例えばレーザビーム径という表現で表され、これは、レーザを被加工物上に伝播する光学系に依存する。一方、熱的要因とは被加工物上での単位面積あたりの光強度、すなわち、エネルギー密度である。一般的に、エネルギー密度と加工深さは図２で、またエネルギー密度と加工径は図３のような関係がある。
【特許文献１】特開２００１−３５２１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、穴加工を高速にレーザ加工するためには、図２よりエネルギー密度を大きくすれば良いことが分る。しかしながら、エネルギー密度を大きくしただけでは、図３より、加工穴径が大きくなるという課題が生じる。一方、形成される穴径を小さくするためにはパルスエネルギーを小さくする必要があるが、その結果、加工が低効率になるという課題が発生する。
【０００７】
そこで、本発明は、高効率かつ小さい穴径を形成するレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレーザ装置および加工方法は、上記課題を解決するために、一つの穴加工を行う際に、複数のエネルギー条件にて加工を行う。さらに詳しくは、複数のエネルギー条件の内、第一の条件を小さいエネルギーにて加工を行い、その後の条件は、第一の条件に対して大きいエネルギーにて加工を行う。そして、このレーザ加工装置および加工方法によりプリント基板やシリコンウエファに対して穴加工を行い、高効率で小さい穴径を形成することとなる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明は、第一のレーザ出力条件に対して第二のレーザ出力条件を減少させることにより、小径穴加工を高効率で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【００１１】
レーザ加工装置は、レーザを発振するレーザ発振器１０１、レーザ発振器１０１から出力されたレーザ１０２、出力されたレーザ１０２のビーム径を任意に変更するコリメータ１０３、レーザ１０２の光強度を変更する可変光学アテネータ１０４、被加工物１０８に対して任意の形状に変換するマスク１０５、レーザ１０２を所定の位置に位置決めするガルバノメータ１０６、位置決めされたレーザ１０２を被加工物１０８上に集光するスキャンレンズ１０７のようにレーザ発振器１０１から被加工物１０８に向けて順に配置している。
【００１２】
以上のように構成されたレーザ加工装置の動作について説明する。
【００１３】
まず、レーザ発振器１０１を、ある条件のもとで発振させた場合に、レーザ発振器１０１から出たレーザ１０２上は、コリメータ１０３により任意のビーム径に変換される。ビーム径が変換されたレーザ１０２は所定の可変光学アテネータ１０４により所定の光強度に減衰された後、マスク１０５を通過することで所望の加工形状に変換した後、ガルバノメータ１０６により被加工物１０８に対して所望の位置に位置決めされた後、加工が実施されることで第一のステップが終了する。
【００１４】
さらに、上記加工が行われた後、可変光学アテネータ１０４の減衰率を第一のステップよりも減少させ、すなわち、被加工物１０８上に到達する光強度を第一のステップよりも大きくすることで加工を実施する。
【００１５】
なお、第一のステップに対して照射条件を変更する方法は、レーザ発振器１０１の発振条件を変更したり、コリメータ１０３によりビーム径を変更したり、またはレーザ１０２上に虹彩絞り等を設置したりする方法で実現してもよい。
【００１６】
さらに、レーザ発振器１０１の発振波長は、２２０ｎｍから１２００ｎｍまでの波長である。
【００１７】
さらに、被加工物１０８は、プリント基板等の樹脂材料や半導体デバイスに用いられるシリコンウエファが考えられる。
【００１８】
次に、本実施の形態における加工特性を図４に示す。
【００１９】
図２に、被加工物に照射するレーザのエネルギー密度と加工深さの関係を示す。図２より、被加工物に照射するレーザのエネルギー密度を増加させると、それに伴い加工深さが増加することが分る。すなわち、エネルギー密度が大きいほど加工深さが大きくなることが分る。従って、ある厚みを有する被加工物に対して貫通孔を形成する場合、被加工物に照射するエネルギーを大きくすることにより、高速な加工が可能になることが分る。
【００２０】
一方、図３に被加工物に照射するレーザのエネルギー密度と加工径の関係を示す。図３より、エネルギー密度を大きくすると被加工物上に形成される加工径が大きくなることがわかる。すなわち、被加工物に対して小径加工を行うためには、被加工物に照射するエネルギー密度を小さくする必要がある。
【００２１】
図４に、被加工物に対して２ステップのエネルギーのレーザを照射した場合のエネルギー密度と加工径の１ステップ後の関係を示す。図４において４０１は、被加工物に照射するエネルギーの１ステップ目のエネルギー密度を０にした場合、４０２は１ステップ目のエネルギー密度を４０４にして被加工物に対してレーザを照射した場合、４０３は１ステップ目のエネルギー密度を４０５にして被加工物に対してレーザを照射した場合の加工径の変化をしめす線である。図４より、１ステップ目で小さいエネルギー密度にて加工した場合に加工される加工径は小さくなることが分る。
【００２２】
さらに、（表１）に本工法を用いて厚さ１５０μｍのシリコンウエファに対して貫通孔を形勢したときの加工結果を示す。（表１）に示したうちの加工効率とは、貫通孔を形成するためのパルス数である。（表１）のうちの加工条件１にて加工した場合は、穴径は小さいが加工効率が低いことが分る。また、加工条件２にて加工した場合は、加工効率は高いが穴径が大きいことが分る。それらに対して、加工条件３で加工した場合は、穴径が小さくかつ加工効率も高いことが分る。
【００２３】
【表１】
2005095959.tif 000003
【００２４】
以上のように、第一のステップのエネルギー密度と第二のステップのエネルギー密度を変更することにより穴径を小さく保ったままで高効率の加工を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、小さな穴を高効率で形成するすることができ、例えば電子機器に使用されるプリント基板や半導体デバイスを構成するシリコン基板に対するレーザ穴あけ加工に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示す図
【図２】エネルギー密度と加工深さの特性を示す図
【図３】エネルギー密度と加工径の特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態における加工特性を示す図
【符号の説明】
【００２７】
１０１  レーザ発振器
１０２  レーザ
１０３  コリメータ
１０４  可変光学アテネータ
１０５  マスク
１０６  ガルバノメータ
１０７  スキャンレンズ
１０８  被加工物
４０１  被加工物に照射するエネルギーの１ステップ目のエネルギー密度を０にした場合のエネルギー密度と加工穴径の関係
４０２  １ステップ目のエネルギー密度を４０４にて被加工物に対してレーザを照射した場合のエネルギー密度と加工穴径の関係
４０３  １ステップ目のエネルギー密度を４０５にて被加工物にて被加工物に対してレーザを照射した場合のエネルギー密度と加工穴径の関係
４０４  １ステップ目に照射する一つのエネルギー密度１
４０５  １ステップ目に照射する一つのエネルギー密度２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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